EP0069639B1 - Installation de réchauffage de combustible injecté dans un moteur diesel - Google Patents

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EP0069639B1
EP0069639B1 EP82401179A EP82401179A EP0069639B1 EP 0069639 B1 EP0069639 B1 EP 0069639B1 EP 82401179 A EP82401179 A EP 82401179A EP 82401179 A EP82401179 A EP 82401179A EP 0069639 B1 EP0069639 B1 EP 0069639B1
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engine
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reserve supply
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Jean Emile Amédée Redele
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Scoma-Energie Dite Ste
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/16—Other apparatus for heating fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0606—Fuel temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an installation for heating fuel, and in particular diesel fuel injected into a diesel engine.
  • the diesel used as fuel in diesel engines has a tendency to crystallize in cold weather and therefore to clog the pipes and filters, which can either prevent starting, or even during operation at low or very low temperatures. prevent engine operation.
  • the invention aims to remedy this drawback by providing an installation which allows an easy cold start of the engine, and avoids any crystallization of diesel oil during use in cold weather and which also leads to a reduction in white fumes emitted cold at start-up, as well as fumes emitted during acceleration and containing in particular nitrogen oxides and unburned hydrocarbons.
  • the installation according to the invention also makes it possible to obtain a reduction in the consumption of diesel.
  • US-A-3,768,454 there is known a device for reheating the fuel injected into a diesel engine comprising a reserve of hot fuel, connected on the one hand to the main tank and, on the other hand to a thermostatic valve placed on a return line of the injection pump, this thermostatic valve connecting the return line directly to the hot fuel reserve below a previously set fuel temperature, or connecting, when the fuel temperature is higher at the temperature previously set, the return line to the main fuel tank.
  • the purpose of this patent is to control the fuel as a function of the temperature and not according to the invention, to introduce the fuel at a given temperature, which makes it possible, in addition to eliminating the drawbacks due to low temperatures, to improve engine performance.
  • the patent US-A-2 758 579 relates to a supply system by mixing two different fuels, and its purpose is therefore completely different from that of the invention.
  • the subject of the invention is therefore an installation for heating the fuel injected into a diesel engine, comprising a reserve of hot fuel, connected on the one hand to the main tank and, on the other hand, to a thermostatic valve placed on a supply line.
  • injection pump return this thermostatic valve connecting the return line directly to the hot fuel reserve below a previously set fuel temperature, or connecting, when the fuel temperature is higher than the previously set temperature fixed, the return line to the main fuel tank, and it is characterized in that it comprises a heat exchanger heating the fuel with the aid of a heat transfer fluid, disposed on the line between the main tank and the reserve of hot fuel and cooperating with it, that the reserve comprises at least one auxiliary source of heat and that it is moreover arranged on the a line between the thermostatic valve and the injection pump.
  • the control of the electrical supply of these resistors can be either manual, timed, or automatic.
  • a possibly insulated reserve 1 of hot diesel oil is connected to a heat exchanger 2 by a pipe 3.
  • the hot diesel fuel reserve 1 is connected by a pipe 4 to a diesel fuel filter 5, itself connected to a supply pump 6 by a pipe 7.
  • the feed pump 7 supplies the injection pump 8 by a pipe 9.
  • the injection pump 8 is connected, by a return pipe 10 to a three-way thermostatic valve 11 which communicates, on the one hand with the reserve 1, via a line 12, and on the other hand, with a main diesel tank 13 through a line 14.
  • a gas oil supply line 15 which is connected to the exchanger 2 where the gas oil is heated using a heat transfer fluid.
  • This heat transfer fluid is constituted by the liquid from the cooling circuit 16 of the engine directed towards the exchanger by a bypass circuit 17, 18 under the control of a thermostatic valve 19.
  • the reserve of hot diesel comprises a first auxiliary heat source which is an electrical resistor 20 supplied on the electrical circuit of the engine by a battery 21.
  • a second heat source 22 consisting of another electrical resistance is provided to be supplied to an electrical installation 23 external to the engine, for example the general electricity supply network when the vehicle comprising the engine is stopped.
  • the gas oil is thus kept hot in its heat-insulated reserve thanks to the first auxiliary heat source connected to the battery 21 of the engine or possibly thanks to the second auxiliary heat source 22.
  • valve 19 At the time of starting the valve 19 is closed since its setting is fixed so that its opening takes place when the temperature of the engine coolant reaches a sufficient value, for example around 50 ° C., so as not to cool the hot diesel oil circulating in the exchanger.
  • the thermostatic valve 11 then diverts the diesel oil flowing in the return line 10 to the reserve 1.
  • the temperature for bypass change is also set for this thermostatic valve at 50 ° C., temperature above which the diesel is directly recycled to the reservoir 13 via line 14.
  • the temperature of the latter rises resulting in an increase in the temperature of the coolant which then crosses the threshold of 50 ° C resulting in the opening of the thermostatic valve 19.
  • the engine coolant then gives up its calories in the exchanger 2 and rapidly increases the temperature of the diesel oil which exceeds 50 ° C., in turn opening the thermostatic valve 11 on the return line 14 to the main tank 13.
  • the exchanger used in the installation which has just been described and which is shown in section in FIG. 2 comprises a body 30 of aluminum or other suitable material in which are delimited two coaxial tubular circuits, respectively, for the diesel and the engine coolant.
  • the body 30 is closed at each of its ends by two flanges 31 and 32.
  • the flange 31 has an orifice 33 into which the inlet pipe 15 of the diesel oil opens.
  • the diesel fuel path includes, from the inlet orifice 33, a tubular conduit 34 connected to an outlet orifice 35 formed in the flange 32.
  • the path of the engine coolant comprises from the inlet pipe 17 a thermostatic valve 19 and a cylindrical pipe 36 arranged concentrically inside the pipe 34, then an orifice 37 opening into the pipe 18 for the return of the cooling to the engine.
  • the two fluids between which the heat exchange takes place flow against the current.

Description

  • La présente invention est relative à une installation de réchauffage du combustible, et en particulier du gas-oil injecté dans un moteur Diesel.
  • Le gas-oil utilisé comme combustible dans les moteurs Diesel présente une tendance à se cristalliser par temps froid et donc à obstruer les canalisations et les filtres, ce qui peut soit empêcher le démarrage, soit même, lors du fonctionnement par température basse ou très basse empêcher le fonctionnement du moteur.
  • L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en fournissant une installation qui permette un démarrage à froid aisé du moteur, et évite toute cristallisation de gas-oil lors d'une utilisation par temps froid et qui en outre conduit à une diminution des fumées blanches émises à froid lors du démarrage, ainsi qu'aux fumées émises à l'accélération et contenant notamment des oxydes d'azote et des hydrocarbures non brûlés. L'installation selon l'invention permet également d'obtenir une réduction de la consommation de gas-oil.
  • Selon le brevet US-A-3 768 454, on connaît un dispositif de réchauffage du combustible injecté dans un moteur Diesel comprenant une réserve de combustible chaud, reliée d'une part au réservoir principal et, d'autre part à une vanne thermostatique placée sur une conduite de retour de la pompe d'injection, cette vanne thermostatique connectant la conduite de retour directement à la réserve de combustible chaud au-dessous d'une température préalablement fixée du combustible, ou bien connectant, lorsque la température du combustible est supérieure à la température préalablement fixée, la conduite de retour au réservoir principal de combustible. Cependant le but de ce brevet est de piloter le carburant en fonction de la température et non selon l'invention, d'introduire le carburant à une température donnée, ce qui permet, outre la suppression des inconvénients dus aux basses températures, d'améliorer le rendement du moteur.
  • Le brevet US-A-2 758 579 concerne un système d'alimentation par mélange de deux carburants différents, et son but est donc totalement différent de celui de l'invention.
  • Le brevet US-A-3 913 543 décrit l'utilisation d'un échangeur de chaleur mais dans une installation tout à fait différente (pour moteur à combustion interne).
  • Cependant, aucun de ces brevets ne montre ou ne suggère la combinaison « réservoir principal- réserve chaude-échangeur de chaleur», afin d'améliorer le rendement d'un moteur Diesel.
  • L'invention a ainsi pour objet une installation de réchauffage du combustible injecté dans un moteur Diesel, comprenant une réserve de combustible chaud, reliée d'une part au réservoir principal et, d'autre part, à une vanne thermostatique placée sur une conduite de retour de la pompe d'injection, cette vanne thermostatique connectant la conduite de retour directement à la réserve de combustible chaud au-dessous d'une température préalablement fixée du combustible, ou bien connectant, lorsque la température du combustible est supérieure à la température préalablement fixée, la conduite de retour au réservoir principal de combustible, et elle est caractérisée en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur réchauffant le combustible à l'aide d'un fluide caloporteur, disposé sur la conduite entre le réservoir principal et la réserve de combustible chaud et coopérant avec cette dernière, que la réserve comporte au moins une source auxiliaire de chaleur et qu'elle est de plus disposée sur la conduite entre la vanne thermostatique et la pompe d'injection.
  • Selon d'autres caractéristiques :
    • le fluide caloporteur est constitué par les gaz chauds d'échappement du moteur ;
    • le fluide caloporteur est constitué par le liquide de refroidissement du moteur lorsqu'il a atteint une température minimale prédéterminée réglée entre 35 et 60 °C environ ;
    • le fluide caloporteur est constitué par l'huile de lubrification du moteur lorsqu'elle a atteint une température minimale prédéterminée réglée comme pour le liquide de refroidissement. On peut également utiliser une combinaison appropriée de ces fluides caloporteurs selon la puissance calorifique nécessaire pour le réchauffage ;
    • la vanne thermostatique est un thermostat notamment à cire qui commande la dérivation du gas-oil vers le réservoir principal à partir d'une température convenable, par exemple, de 30 à 60 °C environ, et notamment de 50 °C environ ;
    • le liquide de refroidissement du moteur est admis dans l'échangeur de température, au moyen d'une conduite munie d'une vanne thermostatique, lorsque sa température a atteint un niveau approprié, par exemple de 35 à 60 °C et notamment de 50 °C environ ;
    • la source de chaleur auxiliaire placée dans la réserve de combustible chaud est une résistance électrique alimentée par la batterie du moteur ;
    • la réserve de combustible chaud peut comprendre en outre une deuxième source de chaleur auxiliaire constituée d'une résistance électrique alimentée par une source d'électricité extérieure au moteur.
  • La commande de l'alimentation électrique de ces résistances peut être soit manuelle, soit temporisée, soit automatique.
  • L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous en se référant au dessin annexé, sur lequel :
    • la figure 1 est une vue schématique de principe de l'installation ;
    • la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un échangeur utilisé dans l'installation de la Fig. 1.
  • Sur la Fig. 1 illustrant le principe de fonctionnement de l'installation de réchauffage de gas-oil, une réserve éventuellement calorifugée 1 de gas-oil chaud est reliée à un échangeur de chaleur 2 par une conduite 3. La réserve de gas-oil chaud 1 est reliée par une conduite 4 à un filtre 5 de gas-oil, lui-même relié à une pompe d'alimentation 6 par une conduite 7. La pompe d'alimentation 7 alimente la pompe d'injection 8 par une conduite 9. La pompe d'injection 8 est reliée, par une conduite de retour 10 à une vanne thermostatique 11 à trois voies qui communique, d'une part avec la réserve 1, par une conduite 12, et d'autre part, avec un réservoir principal de gas-oil 13 par une conduite 14.
  • Du réservoir principal 13, part une conduite d'alimentation en gas-oil 15 qui est reliée à l'échangeur 2 où le gas-oil est réchauffé à l'aide d'un fluide caloporteur.
  • Ce fluide caloporteur est constitué par le liquide du circuit de refroidissement 16 du moteur dirigé vers l'échangeur par un circuit de dérivation 17, 18 sous la commande d'une vanne thermostatique 19.
  • Ainsi lors du démarrage, le liquide de refroidissement étant froid, la vanne thermostatique 19 placée sur la conduite d'alimentation 17 demeure fermée.
  • La réserve de gas-oil chaud comporte une première source de chaleur auxiliaire qui est une résistance électrique 20 alimentée sur le circuit électrique du moteur par une batterie 21.
  • Une deuxième source de chaleur 22 constituée d'une autre résistance électrique est prévue pour être alimentée sur une installation électrique 23 extérieure au moteur, par exemple le réseau d'alimentation générale en électricité lorsque le véhicule comportant le moteur est à l'arrêt.
  • Le gas-oil est ainsi maintenu chaud dans sa réserve calorifigée grâce à la première source de chaleur auxiliaire branchée sur la batterie 21 du moteur ou éventuellement grâce à la deuxième source de chaleur auxiliaire 22.
  • Au moment du démarrage la vanne 19 est fermée étant donné que l'on fixe son tarage pour que son ouverture ait lieu lorsque la température du liquide de refroidissement du moteur atteint une valeur suffisante, par exemple de 50 °C environ, afin de ne pas refroidir le gas-oil chaud circulant dans l'échangeur.
  • La vanne thermostatique 11 dérive alors le gas-oil circulant dans la conduite de retour 10 vers la réserve 1. En effet, on fixe également pour cette vanne thermostatique la température de changement de dérivation à 50 °C, température au-delà de laquelle le gas-oil est directement recyclé vers le réservoir 13 par la conduite 14.
  • Après une certaine durée de fonctionnement du moteur, la température de ce dernier s'élève entraînant une augmentation de la température du liquide de refroidissement qui franchit alors le seuil de 50 °C entraînant l'ouverture de la vanne thermostatique 19.
  • Le liquide de refroidissement du moteur cède alors ses calories dans l'échangeur 2 et accroît rapidement la température du gas-oil qui dépasse 50 °C, ouvrant à son tour la vanne thermostatique 11 sur la conduite de retour 14 vers le réservoir principal 13.
  • On observe alors une élévation de la température de l'ensemble du gas-oil contenu dans le réservoir 13 jusqu'à une valeur voisine de la température du liquide de refroidissement du moteur qui est en régime de fonctionnement continu de l'ordre de 80 °C.
  • L'échangeur utilisé dans l'installation que l'on vient de décrire et qui est représenté en coupe à la Fig. 2 comprend un corps 30 en aluminium ou autre matériau convenable dans lequel sont délimités deux circuits tubulaires coaxiaux, respectivement, pour le gas-oil et le liquide de refroidissement du moteur. Le corps 30 est fermé à chacune de ses extrémités par deux flasques 31 et 32. Le flasque 31 comporte un orifice 33 dans lequel débouche la conduite d'arrivée 15 du gas-oil. Le trajet du gas-oil comprend à partir de l'orifice d'arrivée 33 un conduit tubulaire 34 relié à un orifice de sortie 35 ménagé dans le flasque 32.
  • Le trajet du liquide de refroidissement du moteur comprend à partir du conduit d'arrivée 17 une vanne thermostatique 19 et un conduit cylindrique 36 disposé concentriquement à l'intérieur du conduit 34, puis un orifice 37 débouchant dans la conduite 18 de retour du fluide de refroidissement vers le moteur. Dans cet échangeur, les deux fluides entre lesquels s'effectue l'échange thermique circulent à contre-courant.
  • Bien entendu cet échangeur n'a été décrit qu'à titre d'exemple et pourrait être remplacé par tout échangeur d'un type convenable.

Claims (7)

1. Installation de réchauffage du combustible injecté dans un moteur Diesel comprenant une réserve (1) de combustible chaud, reliée d'une part, au réservoir principal (13) et, d'autre part, à une vanne thermostatique (11) placée sur une conduite de retour (10) de la pompe d'injection (8), cette vanne thermostatique (11) connectant la conduite de retour (10) directement à la réserve (1) de combustible chaud au-dessous d'une température préalablement fixée du combustible, ou bien connectant, lorsque la température du combustible est supérieure à la température préalablement fixée, la conduite de retour (10) au réservoir principal (13) de combustible, installation caractérisée en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur (2) réchauffant le combua- tible à l'aide d'un fluide caloporteur, disposé sur la conduite entre le réservoir principal (13) et la réserve (1) de combustible chaud et coopérant avec cette dernière, que la réserve (1) comporte au moins une source auxiliaire de chaleur (20) et qu'elle est de plus disposée sur la conduite entre la vanne thermostatique (11) et la pompe d'injection (8).
2. Installation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne thermostatique est un thermostat à cire qui commande la dérivation du combustible vers le réservoir principal à partir d'une température réglée entre 30 à 60 °C environ.
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le fluide caloporteur est le liquide de refroidissement du moteur qui est admis dans l'échangeur de température au moyen d'une conduite munie d'une vanne thermostatique lorsque sa température a atteint une valeur prédéterminée réglée entre 35 et 60 °C environ.
4. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le fluide caloporteur est constitué par les gaz d'échappement du moteur.
5. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le fluide caloporteur est constitué par l'huile de lubrification du moteur.
6. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la source de chaleur auxiliaire placée dans la réserve de combustible chaud est une résistance électrique alimentée par la batterie du moteur.
7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la réserve de combustible chaud comprend en outre une deuxième source de chaleur auxiliaire constituée d'une résistance électrique alimentée par une source d'électricité extérieure au moteur. r.
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